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        近年来，酸雨对我国的危害越来越严重。要实现酸雨的防治，对煤炭燃烧所产生的烟气进行脱硫处理是重中之重。近年来随着国内自动化技术、设备及在线监测仪表的发展，使得烟气脱硫处理（FGD）的自动化程度迅速提高。其中对烟气脱硫处理工艺进行自动化监测和实时控制是降低烟气含硫量、提高环保水平、防止酸雨形成的关键。

        FGD的处理效果主要取决于其运行参数，其中主要参数包括各反应段时间以及烟气流量。一般采用以PLC或DCS为核心的工艺过程自动监控系统，实时控制风机、水泵、电动阀等设备及各反应段时间，使烟气含硫量达到国家规定的排放标准。

        烟气脱硫处理是一个多参量(如液位、浆液成分、烟气流量、压力、PH值等)、多任务(如烟气输送、电机运转、泵和阀门的启停等)、多设备(如搅拌器、泵、氧化风机、皮带输送机构、阀门等)的复杂系统。所以，烟气处理应该由一个智能监控与综合管理系统来进行现代化的管理，使之能够安全可靠地运行。

        在烟气脱硫处理中，现场控制设备比较分散，分布范围比较广，若采用传统的控制方案，势必要敷设大量的控制和信号电缆，浪费大量的人力和物力，十分不经济，同时使系统复杂度提高，可靠性降低。采用节点总线技术，可以在降低成本的同时，提高系统的可靠性，使系统易于扩展和维护。

        本文结合FOXBORO公司I/A Series控制系统在重庆华蓥山电厂（简称华电）2×300MW机组烟气脱硫系统的实际应用，着重研究了节点总线控制系统在脱硫控制系统中的应用。

2．1节点总线技术

        NODEBUS（节点总线），建立在国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连 （OSI）标准基础上， 并符合IEEE 的规范。节点总线中，各节点独立运行， 完成自动控制的各种功能。 并可通过兼容网络与其他节点相连。使用NODEBUS总线模块于分布式控制系统的高速数据传输可以取代昂贵的24 V或0～20 mA并行信号线，并且可以提供大量数据通信服务，高速的传输速度。

2．2 节点

        节点是由节点总线将称之为站（Station）的处理机组件连在一起构成的。 每一组件是独立的， 并设计成完成系统中一些通用功能， 而它的特定功能是由软件定义的。系统处理机组件通过节点总线（NODEBUS）相互联接，形成过程管理和控制节点。每一组件也可通过一根或多根的通讯链路与外部设备或其它类型的组件相连。 节点总线为系统中的各个站，提供高速、冗余、 点到点的通讯，而具有优异的性能和安全性。

        节点总线连同与它有关的站作为一个单独整体存在，或作为载波带局域网的一部分存在。当它作为一个单独的整体时，节点总线连同它的关联站构成层次通讯网络中的一个节点。

2．3 节点构成

在节点上主要有四种处理机：

?         应用处理机 （Application Processor）： 与大容量存储器相连， 存储系统信息和过程控制方案与数据；以及可选地与信息网络相连，提供双向的信息和图像的交换。

?         工作站处理机 （Workstation Processor）： 与 CRT， 工程师键盘，操作键盘和其它操作站设备相连；以及可选地与信息网络相连，提供源于其它相连计算机上的 X-Window 显示画面。

?         控制处理机 （Control Processor） ： 可与 I/A Series 现场总线组件和设备相连，完成控制功能。

?         通讯处理机 （Communication Processor） ： 通过 RS－232－C 串行接口可连接打印机， VT－100 终端或调制解调器。

节点总线上还可以挂其它的功能处理机， 如：

?         信息网络接口 (DECNET，NOVELL 等)

?         节点总线扩展组件和与其他网络及设备间提 供通讯的各种网间连接器。 节点总线扩展组件用来扩展节点总线的距离， 每次扩展 300 米， 可扩展二次

?         个人计算机操作站接口，使个人计算机具有控制处理机、应用处理机和操作站处理机的功能， 它能执行数据收集、连续控制、梯形逻辑控制和顺序控制。

?         仪表网间连接器，用来连接单回路控制器

        现代化的烟气脱硫处理系统需要实现管理与控制一体化，实现办公自动化。控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口，具有与上层管理系统集成的接口，同时还应具有可扩展性。所以现代化烟气脱硫处理系统要求在底层采用现场总线或者工业以太网等技术，上层则选用优秀的监控组态软件。为了加强系统的可靠性，使整个系统能够长时间无故障地运行，需要采用冗余、容错技术。

根据NODE-BUS的应用，将烟气脱硫控制系统分为管理级、控制级和过程级三部分。

（1）管理级。管理级是系统的核心部分，其完成对烟气脱硫处理过程各部分的管理和控制，并实现厂级的办公自动化。管理级提供人机接口，是整个控制系统与外部信息交换的界面。其中的各台计算机具有相互通讯的功能，实现数据交换或共享。考虑到其功能结构的层次性和可分割性，采用客户/服务器（Client／Server）的体系结构。服务器具有远程控制操作功能、状态显示功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通讯功能和冗余功能等。服务器互为备用，实现冗余，提高系统的可靠性。这种配置的最主要的优点是保证数据的完整性和监控操作的连续性。如果一个服务器出现故障，该服务器的客户机自动从发生故障的服务器切换到备用的服务器上，使所有的客户机始终可以监控生产过程，修复后的服务器回到系统后，自动实现归档数据的匹配。

（2）控制级。控制级是实现系统功能的关键，也是连接系统信息管理与现场组件通讯的枢纽。 其主要功能是发送参数或命令，对脱硫处理过程进行控制，同时将接受和计算反馈回来的现场状态。控制级要求具有较高的可靠性，所以在系统的关键部分中要采用冗余技术。控制器（CP）是整个系统的核心，所以在控制级中，需要采用冗余控制器。两个冗余控制器之间通过并行节点总线通讯，进行信息交换，相互监视，实现双机热备冗余。系统选用FOXBORO公司的具有容错功能的60系列处理器，和与它相连的现场组件一起，可按组态好的控制方案对过程进行控制。可实现连续控制、梯型逻辑控制和顺序控制等功能。完成数据采集、检测、报警和传送信息的功能。

（3）过程级。过程级是实现系统功能的基础，主要由一次仪表（如液位计、传感器、PH计）、控制设备等组成。其功能主要是对系统设备的运行状态、传感器参数等进行监测，并把检测到的数据上传，同时接受上一级的指令对执行机构进行控制。由于控制设备比较分散，在电厂内，输入／输出设备连接到一个集中的机架，在设备改变和系统扩展时，导致接线工作量大，成本高，柔性度低。通过节点总线系统来连接部件，是解决这些问题的最佳方案。分布式配置意味着可编程序控制器、I/O模块和现场设备通过称为节点总线信号电缆连接。将输入/输出模块转换成就地监测器和执行器，可就地转换和处理过程信号，可以集中进行程序设计。

以上的配置中，系统重要的部分均需采用冗余技术，以使整个控制系统具有更高的可靠性，从而实现24小时不间断工作。

根据此设计思想和关键技术方案分析得出系统的总体结构，见图2。

   

 

参考文献：

1.    汪道辉主编. 逻辑与可编程控制系统. 北京：机械工业出版社，2004

2.    何克忠等编. 计算机控制系统. 北京：清华大学出版社，1998

3.    钟肇新. 可编程控制器原理及应用. 广州：华南理工大学出版社，2002

4.    何衍庆等编. 集散控制系统原理及应用. 北京：化学工业出版社，2002

5.    现代控制工程，[美]Katsuhiko Ogata,电子工业出版社，1999

6.    严隽薇，严隽永.计算机实时控制软件设计导论，北京:清华大学出版社，1990